摘 要

糖-蛋白质相互作用（简称糖-蛋白质互作）在众多的细胞活动中起到了至关重要的作用，包括细胞通信、宿主-病原体反应等等。本研究统计了Protein Data Bank中记录的麦芽糖-蛋白质互作的200多项结构数据，计算了麦芽糖在蛋白质催化口袋、结合口袋中的构型分布，表征了麦芽糖分子构象，分析了其中的氢键、 相互作用、范德华相互作用等的影响。通过麦芽糖的alpha-face表征，我们发现除了少量的alpha-face角位于10-30°、以及极偶然地位于80°以上，大部分的alpha-face角都位于30至70°之间，由此推断，蛋白质的麦芽糖结合口袋存在常见的构象，使得结合上去麦芽糖处于一个较稳定的状态。我们的计算为表征催化口袋的构象和预测糖-蛋白质互作提供了一个比较好的起点。

关键字：糖-蛋白质相互作用 麦芽糖 alpha face 表征构象 结合口袋 催化口袋

ABSTRACT

Carbohydrate-protein interactions play a critical role in numerous cellular activities such as intercellular communication, host-pathogen response, and so on. We isolated more than 200 maltose-protein structures from Protein Data Bank, and calculated the conformation distribution of maltose in protein-catalyzed pouch. We then characterized geometric configuration of catalytic pockets by calculating interactions within the pockets including hydrogen bonding, interactions, and Van der Waals interactions. Our found that except a few cases the dihedral angles between the two alpha faces of bound maltoses mostly fall in the angle of 30-70 °. Our calculations suggested that a common conformation might exist in the catalytic pocket that make the maltose in a fairly stable state. Our result provided a good starting point to characterize the conformation of the catalytic pocket and to predict the carbohydrate-protein interactions.

Keywords: sugar-protein interaction; maltose; alpha face; characterization conformation; combined pouch; catalytic pocket

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1背景 1

1.2 糖-蛋白质相互作用 1

1.3 本课题的研究目的及意义 5

1.3.1 内容 5

1.3.2 目的和意义 5

第二章 方法 6

2.1 从Protein Data Bank筛选出含有所需麦芽糖的复合结构，分类展示典型的化学构象，统计蛋白质结合构象 6

2.1.1 筛选麦芽糖-蛋白质复合结构 6

2.1.2 分析Alpha-face 7

2.2统计相关结合位点、相互作用类型及计算参数 9

2.2.1 π-π相互作用 9

2.2.2范德华力 10

2.2.3 氢键 12

第三章 结果与讨论 13

3.1统计构象 13

3.2分析典型麦芽糖-蛋白质复合物作用力 14

3.3 讨论 17

第四章 结论与展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 背景

在分子生物学时代，糖类的研究大大地落后于蛋白质和许多其他生物大分子。一个重要的原因是糖分子的结构并不是由DNA携带的遗传信息直接决定，且糖分子的结构多样性也给分析带来了巨大的困难。简而言之，分子生物学的普遍研究方法—依据中心法则来分析获得生物分子的功能和结构，并不能很好地适用于糖类的研究。

有别于传统的生物化学家的观点，糖类在生命过程中的多种功能也渐渐地得到了重视：糖蛋白的生物功能，糖基化对蛋白质结构和功能的影响，糖类分子在细胞黏附和信号传导中所主导的识别作用—这些都超出了生物化学的研究范围，而进入了细胞分子生物学的领域，因此，将现代生物学研究手段引入糖类的研究，也就成为了十分迫切的需求。

为此，Rademacher，Parekh和Dwek三个人在1988年提出“Glycobiology”（中文翻译为“糖生物学”）这个词，将传统的生物化学观点和现代的分子生物学方法结合起来，应用多种手段对糖类的分子结构、化学性质和生物功能进行系统性的研究^[1]。而糖类与蛋白质分子之间的相互作用，作为糖类分子发挥生物功能的主要生化过程，也成为了研究的热点。

1.2 糖-蛋白质相互作用

糖类分子和蛋白质分子之间的相互作用，是糖分子表达所携带的生物信息的最重要的途径—蛋白质分子通过对特定的糖分子结构进行识别、结合，从而激活一系列下游反应：糖分子的转运，抗体识别反应，对特定类型的寡糖链的水解，介导细胞之间的黏附和迁移过程—结合的蛋白质功能种类和结合方式不同，所介导的生物过程也大有不同。而对糖—蛋白质相互作用加以较为精确地描述，进而能够对蛋白质的结合糖结构进行合理的预测，无疑是一项十分有意义的工作。

图1.1 为Florante等人的研究中一个L-阿拉伯糖与其结合蛋白质之间的氢键作用示意图。他们将与之作用的氨基酸残基分为第一层和第二层（shell I和shell II），中间还有水分子通过氢键连接糖分子和蛋白质残基稳定其结构。图1.2展示了多功能性氨甲蝶呤 - 神经氨酸酶的结构(PDB code : 1eu8)中海藻糖与附近氨基酸的构型。

图1.2

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